基于RF技術(shù)的口岸虛擬閘口系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　“加快電子口岸建設(shè)，提高口岸工作效率”是提高政府行政執(zhí)法效能的需要。根據(jù)業(yè)務(wù)需求并結(jié)合口岸實際環(huán)境，應(yīng)用射頻通訊技術(shù)研究開發(fā)了一種雙頻識別語音導(dǎo)引的智能車載卡，并在口岸3～10 km2范圍內(nèi)布設(shè)通訊基站，建立了一套虛擬閘口系統(tǒng)。
　1虛擬閘口需求分析

　　目前業(yè)界比較流行的基于RFID的電子閘口系統(tǒng)是在原有的獨立閘口通道基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，在車輛必經(jīng)的閘口通道內(nèi)安裝超高頻的射頻讀寫器，用以識別安裝在車輛上的電子標(biāo)簽，同時將識別結(jié)果和物理閘口相關(guān)聯(lián)，依靠物理閘口的關(guān)閉來強(qiáng)制讀寫器進(jìn)行重復(fù)通信來彌補(bǔ)通信的失效，只有當(dāng)識別成功時才開閘放行。這種系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)相對簡單，當(dāng)前國內(nèi)各大口岸的閘口通道已有應(yīng)用，但是由于受傳統(tǒng)物理閘口的限制，車輛仍需等到閘口打開才能正常通過，因此只是簡化了閘口管理人員的繁瑣操作，對車輛的通關(guān)效率并沒有很大提升。

　　如果能增加射頻通訊的覆蓋范圍，提高射頻識別的精確度，通過架設(shè)多個基站使得車輛在一進(jìn)入口岸區(qū)域就可以被識別，配合口岸監(jiān)管人員有目標(biāo)的稽查，就使得脫離傳統(tǒng)物理閘口的限制成為可能，一個完全依靠射頻通訊和識別技術(shù)而虛擬出的無形的電子閘口就是本文要設(shè)計與實現(xiàn)的目標(biāo)，稱之為口岸虛擬閘口系統(tǒng)。

　　由于出入境口岸的特殊性，該系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)體現(xiàn)出一些特有的技術(shù)難點：

　　(1)出入境口岸作業(yè)區(qū)域面積較大，車輛流向復(fù)雜，入境和出境車道空間相鄰，有些區(qū)域甚至沒有任何間隔，使得普通的RFID識別設(shè)備無用武之地。

　　(2)口岸車流密度非常高，使得大量的并行通訊數(shù)據(jù)很容易擁堵信道；車輛間距小，大型車信號遮蔽阻擋現(xiàn)象嚴(yán)重，無線通信質(zhì)量不高。

　　(3)出入境口岸并不是一個模型化的閘口設(shè)施，由于業(yè)務(wù)需求，特定車輛可能會在口岸內(nèi)部長時間停留，冗余的無線信號會影響正常的無線網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，并使得對停留車輛自身的出入境判決出現(xiàn)困難。

　　(4)基站及服務(wù)器的位置自由度受限，經(jīng)常不能建在最佳位置點，對通訊距離提出很高的要求，部分節(jié)點要求通訊距離達(dá)到300 m。

　　2系統(tǒng)整體設(shè)計方案

　　由于脫離了固定物理閘口的依賴性，無法通過閘口通道的關(guān)閉來強(qiáng)制讀寫器和電子標(biāo)簽進(jìn)行重復(fù)通信彌補(bǔ)通信的失效，為了保證識別的精確性，本系統(tǒng)采用433 MHz和920 MHz兩個工作頻段相結(jié)合，定向天線與全向天線相結(jié)合的工作方式，據(jù)表1所列出的口岸現(xiàn)場測試結(jié)果表明，該工作方式的控制區(qū)域靈活可控，既可以大面積控制也可以定向控制范圍；穿透與繞射能力強(qiáng)，可以克服口岸中大型貨車、客車之間遮蔽阻擋現(xiàn)象頻繁，車流密度非常高的惡劣應(yīng)用環(huán)境的影響；通過雙頻段的通訊冗余來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)其中某頻段受到電磁干擾之后仍能通過另一個頻段進(jìn)行通訊。相對傳統(tǒng)的2.4 GHz頻段RFID類設(shè)備來說，采用433 MHz+920 MHz雙頻段的突出優(yōu)勢是識別范圍很大，只要車載卡終端在基站控制區(qū)內(nèi)，一直有機(jī)會進(jìn)行識讀，識讀機(jī)會至少是2.4 GHz類設(shè)備的10倍以上。

　　系統(tǒng)以車輛為基本識別單位，將有源車載電子卡安裝在車輛上，通過安裝在口岸通關(guān)路徑上的多個讀寫基站來識別車載電子卡所對應(yīng)的出入境車輛，將采集到的車輛信息提交給后臺信息管理系統(tǒng)，通過后臺數(shù)據(jù)庫處理和數(shù)據(jù)篩選判斷算法來判決出入境事件，通過無線網(wǎng)絡(luò)通信的方式向過境車輛發(fā)布導(dǎo)引通關(guān)信息，迅速有效地完成車輛身份的確認(rèn)、查詢、統(tǒng)計及調(diào)度等功能，防止誤檢、漏檢，對有違規(guī)等異常行為的過境車輛進(jìn)行預(yù)警，通知口岸稽查人員進(jìn)行攔車，形成一道無形的口岸電子閘口系統(tǒng)。新系統(tǒng)極大簡化了通關(guān)手續(xù)，顯著提高了檢驗檢疫的監(jiān)管能力，因此具有通關(guān)速度快、車輛吞吐量大、口岸工作執(zhí)行效率高等一系列的優(yōu)點。

　　3車載電子卡

　　口岸虛擬閘口系統(tǒng)不只是一個射頻識別系統(tǒng)，還需要通過無線網(wǎng)絡(luò)通信的方式與過境車輛進(jìn)行實時通訊來導(dǎo)引通關(guān)，因此安裝在車輛上的電子卡必須是有源的(即自帶電源)。本系統(tǒng)所采用的IPQ-3R車載電子卡是一款成熟的商業(yè)化電子產(chǎn)品，其硬件組成如圖1所示。